Автореферат (1151672), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Важнейшей составляющей модели является мониторинг обращения органических отходов - комплексная система наблюдений за формированием, объемами и составом органических отходов, оценка и прогноз изменения состояния сельскохозяйственных угодий, а также показатели урожайности и качества сельскохозяйственной продукции. Прогнозами обосновывают нормы и сроки внесения органических отходов и определяют многолетнее воздействие на сельскохозяйственные земли, подземные и поверхностные воды. Оптимизация распределения отходов научно обосновывает применение органических отходов на сельскохозяйственных землях с учетом максимизации дохода сельхозпроизводителей.

Во второй главе приводится теоретическое обоснование возможности использования органических отходов в качестве удобрений.

Ранее проведенными исследованиями (Канардов, 1946,1974; Новиков, 1972, 1975, 1978; Мерзлая, 1963, 2006; Седова, 1982; Буданов, 1956,1970; Воробьёва 1995,2007; Давыдов 2000, 2004; Можейко,1958; Усенко, 2000; Додолина, 1970, 2004; Романенко, 1993, 2000; Кирейчева 2002, 2004; Кутепов, 1983; Сергиенко, 1984; Овцов 2006; Гостищев, 2000, 2007; Шуравилин 2000, 2004; Титова 2009, Iyanaga, Yokose, Jenkins 2000; Goldstein 2006) было установлено как положительное влияние органических отходов на урожайность и плодородие почвы, так и отрицательное в виде биологического загрязнения, занитрачивания, засоления, осолонцевания и загрязнения почв тяжелыми металлами. Как известно, основным показателем, определяющим эффективность использования органических отходов в сельском хозяйстве, является урожайность возделываемых культур. По результатам анализа фондовых материалов и литературных источников автором были получены регрессионные зависимости урожайности зеленой массы кормовых культур и зерна пшеницы от содержания биогенных элементов в почве при внесении органических отходов.

Для зеленой массы кукурузы получено следующее уравнение:

Y=4.14X₂+5.65X₃+0.16X₄-39.08X₅-28.57X₆+17.80X₇-27.516, (1)

где Y- урожайность зеленой массы кукурузы, т/га; X₂, X₃, X₄ – валовое содержание азота, фосфора, калия в почве после внесения органических отходов, т/га; X5, X6, X7 – содержание подвижных форм азота, фосфора, калия в почве после внесения органических отходов, т/га.

Для зерна пшеницы уравнение имеет вид:

Y=-3.7X₁+134.5X₂-24X₃-7.3X₄-28.4X₅+33.2X₆+ 3.8X₇+4.873, (2)

где Y- урожайность зерна, т/га; X₁- содержание гумуса т/га; X₂, X₃, X₄ – валовое содержание азота, фосфора, калия в почве после внесения органических отходов, т/га; X₅, X₆, X₇ – содержание подвижных форм азота, фосфора, калия в почве после внесения органических отходов, т/га.

Проверка адекватности полученных многочленов выполнена по результатам многолетних исследований, проведенных автором совместно с ФГУП АФ НИИССВ «Прогресс» в Алтайском крае при использовании осадка сточных вод г.Барнаула в ОПХ “Докучаево”. При учете урожайности пшеницы и кукурузы было установлено, что на всех вариантах с внесением осадка урожайность выше, чем на контроле, причем прибавка урожайности тем больше, чем выше норма внесения осадка сточных вод (рис. 2).

Величина достоверности аппроксимации (R²) для урожайности зеленой массы кукурузы и зерна пшеницы составила 0,83 и 0,85, соответственно.

Примечание: 1- контроль; 2 – внесение в почву ОСВ нормой 10 т/га; 3 - внесение в почву ОСВ нормой 30 т/га; 4 - внесение в почву ОСВ нормой 50 т/га; 5 - внесение в почву ОСВ нормой 80 т/га;

Рисунок 2 – Урожайность зеленой массы кукурузы в зависимости от количества вносимых осадков сточных вод (ОСВ).

Н

аряду с биогенными элементами, влияющими на урожайность сельскохозяйственных культур, в органических отходах содержатся токсичные вещества – тяжелые металлы, мышьяк и другие поллютанты, оказывающие негативное влияние на почвенную микрофлору. Малые концентрации микроэлементов оказывают стимулирующие воздействие на рост бактерий в почве, а повышенные их концентрации оказывают ингибирующие воздействие. Тяжелые металлы особенно токсичны для микробиоты. В загрязненных тяжелыми металлами почвах наблюдается ослабление развития микроорганизмов и энзиматической активности, что приводит к снижению урожайности (Hattori, 1989; Lokwood, 1994; Kabata-Pendias, 1989,2005).

Для оценки изменения почвенной микрофлоры, характеризующей интенсивность и направленность микробиологических процессов, критерием которых служат микробиологическая активность почвы, по результатам анализа фондовых материалов и литературных источников была выявлена зависимость микробиологической активности почвы от количества и качества внесенных в почву твердых органических отходов по разложению льняной ткани. Степень разложения льняной ткани в зависимости от содержания подвижных форм микроэлементов имеет вид:

Y=-447,39As²+0,128573Zn²-678,11Pb²+310,045Ni²+4224Cr²+420,74Cd²-758,14, (3)

где Y – степень разложения льняной ткани, %; As, Zn, Pb, Ni, Cr, Cd – содержание подвижных форм микроэлементов в почве, %.

Величина достоверности аппроксимации (R²) составляет 0,97.

Для проверки адекватности зависимости также были использованы результаты многолетних исследований автора и сотрудников ФГУП АФ НИИССВ «Прогресс» в Алтайском крае по использованию осадка сточных вод (ОСВ) г. Барнаула (рис. 3).

Примечание: 1-контроль; 2 – внесение в почву ОСВ нормой 10 т/га; 3 - внесение в почву ОСВ нормой 20 т/га; 4 - внесение в почву ОСВ нормой 30 т/га; 5 - внесение в почву ОСВ нормой 50 т/га; 6- внесение в почву ОСВ нормой 80 т/га; 7 – осадок сточных вод.

Рисунок 3 - Степень разложения льняной ткани в зависимости от подвижных форм микроэлементов за вегетационный период (%).

При внесении в почву осадка сточных вод в объеме до 50 т/га происходит увеличение, микробиологической активности почвы за счет роста бактерий в почве. При большей дозе происходит снижение микробиологической активности вследствие увеличения содержания тяжелых металлов в почве. Микробиологическая активность является важным экологическим ограничением при установлении объема внесения органических отходов в почву.

Еще одним из важнейших экологических показателей влияния органических отходов на почвы являются бактериологическая и гельминтологическая оценка, которые определяют степень загрязнения микроорганизмами и яйцами гельминтов. Животноводческие стоки содержат в большом количестве микроорганизмы, поэтому они при орошении культур в определенные периоды могут представлять эпидемиологическую опасность. Это может оказать отрицательное влияние на санитарное состояние выращиваемых культур, а также на окружающую природную среду за счет возможного выноса микроорганизмов в грунтовые воды при избыточном увлажнении.

Для обеспечения безопасного использования органических отходов в качестве удобрений разработаны следующие требования: применение сточных вод для орошения не должно приводить к ухудшению водно-физических свойств почв; в сточных водах содержание жизнеспособных яиц гельминтов и цисты кишечных патогенных простейших не должно превышать 1 экземпляр в 1 дм³. Орошение сточными водами не допускается на территории I и II поясов зоны санитарной охраны источников централизованного хозяйственно-типового водоснабжения; на территории выклинивания водоносных горизонтов, а также при наличии трещиноватых пород, не перекрытых водоупорным слоем. При использовании на орошение сточных вод уровень грунтовых вод на пашне должен находится не выше 1,2 м, на сельхозугодиях-1,0 м, в исключительных случаях допускается 0,8 м. Безопасное использование осадков сточных вод в качестве удобрений осуществляется на основе регламента в соответствии с технологической документацией с учетом местных условий, в том числе свойств и гидрологического режима почв, радиационного фона, содержания нормируемых загрязнений в осадках и почве, общего и минерального азота, подвижных форм фосфора и калия, особенностей возделываемых культур. (Овцов, Воробьева, Тиньгаев и др., 2002). Не допускается применять осадки в водоохранных зонах и их прибрежных защитных полосах, а также в пределах особо охраняемых природных территорий; поверхностно в лесах, лесопарках, на сенокосах и пастбищах; на затопляемых и переувлажненных почвах; на территориях с резко пересеченным рельефом, а также на площадках с уклоном в сторону водоема более 3º; в пределах II пояса зон санитарной охраны источников централизованного питьевого водопользования.

При выборе способа и техники полива животноводческими стоками учитывают почвенно-мелиоративные и климатические условия объекта, состав и режим орошения возделываемых культур, размеры и рельеф орошаемой площади, возможность механизации и автоматизации полива, а также санитарно-гигиенические и водоохранные требования. При организации полей орошения животноводческими стоками должны быть получены сведения об эпидемиологической и эпизоотической ситуациях в данной зоне в местных учреждениях санитарно-эпидемиологической и ветеринарной служб. Выполнение вышеуказанных требований позволит предотвратить возникновение инфекционных и инвазионных заболеваний среди населения и животных.

Для накопления, систематизации и анализа информации об источниках органических отходов, объемах и местах их захоронения, границах административных, природных и природно-хозяйственных единиц, почвах, реках, озерах, подземных водах, периодах наблюдения и оценках окружающей среды, качества органических отходов для использования их в сельском хозяйстве автором разработана система мониторинга обращения органических отходов( рис.4).

Рисунок 4 - Принципиальная структура мониторинга обращения органических отходов.

Универсальным инструментом для мониторинга обращения отходов и прогнозирования состояния почвы, водных объектов и подземных является применение математических методов, вычислительной техники и геоинформационных технологий. Для отображения свойств объектов в структуре геоинформационной системы выделяется информационная модель, база данных, аналитическая база и программный комплекс.

Геоинформационная система (ГИС) мониторинга обращения отходов на региональном уровне разработана в пакете MapInfo Professional (рис. 5).

Рисунок 5. Общий вид геоинформационной системы мониторинга обращения отходов в регионе на примере Алтайского края.

ГИС мониторинга обращения отходов в регионе предназначена для наблюдения за объемами, качеством и размещением органических отходов и состоянием окружающей среды, оценки фактического и прогнозного состояния окружающей среды при использовании органических отходов в качестве удобрений. С целью прогнозирования влияния органических отходов на окружающую среду используется комплекс математических моделей.

Третья глава посвящена совершенствованию и разработке моделей прогнозирования влияния органических отходов на агрохимические свойства почв сельскохозяйственных угодий.

Вместе с отходами в почву поступает органическое вещество, которое увеличивает содержание органического вещества почвы, определяющее как эффективное, так и потенциальное ее плодородие.

Моделированием запасов гумуса и его динамики в почве занимались многие российские и зарубежные ученые (Костычев 1886; Бирштейн 1911; Иенни 1948; Wildung et al. 1975; Smith 1979a; 1979b; Bunnel et al. 1977; Hunt 1977; Smith 1979; Гильманов 1978; Базилевич, Гильманов 1985; Образцов 1990, Минеев 1990; Тейт 1991; Малкина-Пых, Пых 1994; Балаев, Петренко 1999; Гайдаш 1999; Groenendijk 1999; Шевчук 2007; Голованов 2007 и др.).

Характеристики

Список файлов диссертации